超深渊带远距离水平基因转移驱动微生物代谢多样化与极端环境适应——基于克马德克海沟沉积物的宏基因组研究

《Nature Communications》：Extensive horizontal gene transfer drives microbial adaptation and diversification in Kermadec Trench hadal microbiomes

　　超深渊带海沟深达六千米以下，蕴含着动态且神秘的微生物生物圈。我们以克马德克海沟约10公里深处的沉积物为对象，整合宏基因组学、原位宏转录组学和系统发育学方法，重建了300个原核生物物种和186,496个病毒种群。在本研究分析的超深渊沉积物宏基因组中，我们检测到跨门/域的远距离水平基因转移（DHGT），并估计其平均贡献了每个基因组的约13%，占多拷贝基因扩张的>46.7%，其中四个门的超过30%基因通过DHGT获得。这些DHGT基因编码了关键的适应性功能，包括活性氧解毒、芳香族化合物降解和脂肪酸/血红素合成，有助于微生物在极端压力、低温和寡营养条件下生存。虽然接合（~0.27%）、转导（~2.1%）和转化等经典机制解释了一部分基因转移事件，但我们提出了额外的潜在基因流动途径：磁趋细菌介导的相遇（约占DHGT事件的~17.4%），这可能增加了基因交换的机会。这些发现表明，DHGT可显著促进超深渊基因组的代谢多样化，代表了一种不同于渐进式达尔文遗传的进化模式，也与功能模块的间断获取可促进快速代谢多样化的观点相符。